特殊地質公路隧道設計的要點分析

張振華

摘要：本文主要介紹了穿越流砂地質的隧道設計的要點，溢出瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道設計要點，穿越巖溶區地質的隧道設計的要點以及穿越卵礫石層地質的隧道時的設計要點。

關鍵詞：特殊地質;公路;隧道;設計要點;分析

我國的公路建設目前已經進入了迅速發展的時期，由于復雜多變的隧道圍巖地質，施工中常因各種特殊地質而造成的工程事故，造成人員、財產損失。在這種背景下，工程人員對一些特殊地質的隧道設計工作越來越關注。對公路隧道工程施工不利的那些比較特殊的地質環境就是指特殊地質地段，比如瓦斯、巖溶區、流砂以及溢出有害氣體的巖層、巖爆、斷層、溶洞、膨脹性地層、卵礫石層，再加上含水的未固結圍巖等地段。在進行公路隧道設計工作時會因為這些問題而出現挑戰和困難。

1穿越巖溶區地質的隧道設計的要點

首先，在勘察時，要對隧道經過的附近區域必須做到詳細凋查，設計時，盡叮能使路線能夠避開巖溶地區。其次，當隧道無法避免的要通過巖溶的情況下，要精細考察。包括該地區的巖溶分布情況、充填特征以及洞穴和地質問的構造炎系。設計時.還應注意到可控制的最低的侵蝕基準面、地下水的特性、地下水流和地表水流間的相互關等等。其次.關于工程地質方面。尤其在設計時，應注意到洞穴以及裂縫的充填的性質。這是因為充填性質以及充填成分水町以對于水循環條件以及巖溶體發育起到決定性作用。總之.公路隧道符需要穿越巖溶區，應結合具體情況采用以下方法進行處理：一避、二引、三堵、四越、五繞。

2穿越卵礫石層地質的隧道時的設計要點

在對穿越卵礫石層地質的隧道進行設計時必須要注意到卵石層的特殊性質，它介于軟巖與土之間，因此必須要做好強預支護設計以及局部弱支護設計這兩個方面。

2.1局部弱支護設計

在隧道的設計過程中因為非常惡劣的卵礫石層的地質條件，所以其他的支護方式不一定對地質圍巖的變性特點完全適用。在這種情況下，在工程的建設過程當中需要將實際操作中的薄弱環節及時找出來，然后再進行適當的、及時的設計改進。其中最重要的就是公路隧道局部弱支護以及公路隧道全周邊弱支護。

2.2強預支護設計

在卵礫石層并碰到滲水、涌水或者碰到的破碎斷層帶、泥層以及層砂厚度比較大的情況下一般會采用強預支護設計。由于施工事故經常會發生在這些情況當中，比如較大面積塌方、隧道大變形以及開挖面坍塌等事故。所以，可以將以盾構為基本施工原理的強預支護設計運用到軟土隧道的施工過程中。強預支護設計是指在隧道設計過程中，除了對來自常規新奧法的錨噴支護進行充分的運用，還要采用聯合支護體系的方法，也是就是由鋼拱架以及插板或者是由超前小導管和超前大管棚組成的一種支護方式。但是在碰到特別惡劣的情況時，還要進行地層改良的考慮，比如考慮在設計時采用超前注漿的方法。

3穿越流砂地質的隧道設計的要點

（一）流沙地質及其特征

流砂，是指的某些圍巖處于飽水的條件下所產生的一種自然現象。在有砂以及黏土質砂存在的地方都會形成流砂。另外，亞砂土或是淤泥的地方也會呈現出流動的狀態。處于飽水的條件下，若地下水流動時，砂礫所受到的動水壓力等于或超過其顆粒的浸水重量之狀態，則顆粒將會停留在懸浮狀態。由此形成流砂地質。在砂礫很細的情況下，若處于飽水的條件下，此時地下水不再是簡單機械地充填在砂礫顆粒之間，而是會黏附在砂礫顆粒的表面上。由此，土體就會成為類似于膠體的狀態，而生成觸變性質。土體在爆破或是震動等具有沖擊力的作用下，同樣，也會形成流動的狀態。由此得出，上述的圍巖由于存在動水壓力或者是動力作用，在一定的條件下，就會出現流動現象。

（二）隧道設計的要點

若是在公路隧道開掘過程中遇到流砂，會造成巨大危害。同時給施工引起困擾。若是流砂涌入至坑道，則會使得圍巖中形成空穴和坍塌，甚至會迫使公路路線改線。因此，在對隧道設計時一定要認真對待流砂，及時處理。首先，在設計時要做到制止流沙涌入至坑道中的可能。施工設計理念是“先保護后挖掘，采用密閉的支撐，邊挖掘邊密封”的方法。其次，必要時，甚至可以用雙層插班來進行支撐，在兩層板間設計漏水層，以避免因為流水過多而帶起泥沙，從而而造成塌方。再次，隧道結構應設計有昂拱的封閉式襯砌。并且，地下水不能經隧道排走，以免泥沙流失導致塌方。施工中不僅要設計用小斷面和工序緊跟以及密封支撐，而且還應注意到要有足夠的預留的沉落量保留。設計配合施工隨時注意觀察，及時測量實際操作中的沉落情況。此外，還可設計用特殊施工方法，如地下水位降低方法、凍結方法、硅化方法、壓氣方法等等。這些方法常常應用于遇到特大的流砂的情況。但是，目前應用不多。

4溢出瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道設計要點

當坑道在含瓦斯的煤層穿越時或者在含瓦斯的煤層附近節理發育或者破碎的地質穿越時，就會產生遇到瓦斯危險的可能。在實際的調查中，如果達到5%～16%的瓦斯含量時，一旦遇到火就會出現瓦斯爆炸的危險情況。所以在施工設計的過程中對瓦斯以及其他有害氣體要及時處理、認真對待。在設計瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道需要在勘測階段盡可能查明瓦斯賦存情況，掌握相關參數。設計時要制定詳細的超前地質預報、瓦斯濃度檢測方案，按瓦斯隧道各項制度標準，明確檢查與排除瓦斯以及防爆防火方面的條件和設施。涉及到瓦斯隧道的機電設備、照明、開關以及線路時必須要進行防爆裝置的配置。為了預防出現瓦斯在隧道建成后滲入到隧道，危及行車安全，必須要以有效的結合排放與封閉的設計原則為根據，進行瓦斯排放通道的設計。在進行通風設計過程中對通風量的校核必須要按照瓦斯隧道的通風要求來進行。此外.為了防止隧道建成后，瓦斯會滲入隧道內。在進行設計時.應按照將封閉與排放相結合的設計原則。襯砌最好選用帶昂拱的有防瓦斯層設計的封閉式的襯砌，而且，襯砌背后要設計排放瓦斯的通道：施工通風的設計應嚴格按照瓦斯隧道的通風要求來校核通風量。

5結語

公路路線建設在當前遇到了越來越復雜的地質環境，所以人們也越來越關注針對穿越各種特殊地質的公路隧道的設計工作。本文分析并探討了某些特殊地質區域的公路隧道的設計要點。目前還有許多的技術問題存在于公路隧道的設計施工當中。比如應用新材料新技術、選擇開挖方法、合理確定支護參數以及優化隧道段面形狀等，需要研究人員進行進一步的探索。我們有理由相信，隨著科學技術的不斷發展，公路隧道設計在特殊地質條件下的應用會越來越先進，對滿足我國的社會經濟發展以及人們生活水平的提高具有很大的幫助作用。

參考文獻：

[1]王燕，王喜寶.淺埋偏壓隧道圍巖壓力與開挖進尺優化的極限分析方法[J].西安科技大學學報，2010，（12）.

[2]陳安，魏偉.山西陽曲1號黃土公路隧道圍巖的物理力學特性的實驗研究[J].西安科技大學學報，2010，（12）.

（作者單位：遼寧省公路勘測設計公司）